Чем отличаются рядный, V-образный и оппозитный двигатели и какой лучше. Какой двигатель лучше рядный или v образный.

Любой двигатель внутреннего сгорания, по сути, является результатом множества компромиссов для достижения подавляющего преимущества в одних характеристиках за счет определенных потерь в других. Это, безусловно, относится к V-образному двигателю.

Содержание

Чем отличаются рядный, V-образный и оппозитный двигатели и какой лучше?

Разнообразие — это здорово, но оно создает проблему выбора, потому что вам приходится решать, какой вариант лучше, а какой хуже. Возьмем, к примеру, автомобиль, где вам нужно выбрать двигатель: оппозитный, рядный или V-образный двигатель? Взвесьте преимущества и недостатки каждого варианта.

Рядные двигатели

Наиболее распространенным и простым расположением цилиндров двигателя является рядное расположение. Большинство двигателей малых серий относятся к этому типу. Благодаря компактным размерам и небольшому весу он легко помещается под капотом.

Но есть и недостатки. С увеличением числа цилиндров длина двигателя значительно увеличивается. Рядная работа вызывает сильные вибрации и требует тяжелого коленчатого вала. Продольное расположение значительно снижает безопасность машины, так как в случае столкновения двигатель может вмять кожух двигателя.

V-образные двигатели

Эти двигатели имеют не менее 6 цилиндров (по три в ряд), расположенных в форме латинской буквы V. Максимальное количество цилиндров для автомобильного двигателя — 12, как, например, у Audi A8. Такая компоновка позволяет получить относительно большой объем двигателя и высокую мощность на небольшом пространстве. Кроме того, этот тип двигателя несколько безопаснее, чем рядные двигатели. К недостаткам относятся сложная конструкция и высокая стоимость. При таком форм-факторе невыгодно производить двигатели в небольшом количестве. Центр тяжести расположен высоко, что создает определенные трудности при проектировании спортивных автомобилей.

История двигателя

Первым запатентованным двигателем внутреннего сгорания был двигатель, разработанный Готлибом Даймлером и Вильгельмом Майбахом в 1883 году. Это был одноцилиндровый двигатель мощностью всего 1,1 л.с. Конечно, не обязательно было довольствоваться производительностью этих двигателей. Фактически, автомобиль должен был заменить конные повозки и взять на себя все их задачи: перевозку людей, грузов и так далее. Но, как оказалось, всему есть предел. По мере роста цилиндра увеличивались поршень и шатун, возрастали нагрузки на эти детали, что также необходимо было учитывать при проектировании. Кроме того, воспламенение горючей смеси большого объема в этом двигателе кратковременно прерывается, что приводит к неравномерной работе двигателя. В этом случае необходимо установить тяжелый балансир, что делает конструкцию еще тяжелее и требует дополнительной энергии для ее перемещения. В результате одноцилиндровые двигатели стали очень громоздкими, а вес увеличился непропорционально по отношению к мощности. Это делало невозможным работу двигателя на высоких оборотах, а, как известно, чем ниже обороты коленчатого вала, тем меньше его мощность.

Последовательная конфигурация. Эта конструкция используется при небольшом количестве цилиндров (от двух до шести). Основное преимущество заключается в том, что этот тип двигателя легче всего балансировать. Недостатком является внушительная длина. Вскоре было решено, что коленчатый вал может перемещать более одного поршня, и к одному цилиндру добавили несколько. Цилиндры были выровнены (так было проще). Сначала был представлен 2-цилиндровый двигатель, а в 1890 году появился первый 4-цилиндровый двигатель. Мощность этого двигателя уже достигала 5 л.с. при 620 об/мин, но по сегодняшним и тогдашним меркам этого было недостаточно для привода тяжелой техники. Поэтому были разработаны новые двигатели с шестью, восемью или даже двенадцатью цилиндрами. И здесь производители столкнулись с другой проблемой. Этим двигателям требовалось много места под капотом. Кроме того, вес двигателей утяжелял автомобиль, что влияло на устойчивость и управляемость. Инженеры задумались о разработке более компактного двигателя….. Кстати, сегодня существуют и рядные двигатели с максимальным количеством цилиндров — шесть. В основном, 4-цилиндровые двигатели базируются на этом формате, потому что они наиболее просты в производстве.

Как работает рядный двигатель

Не принимая во внимание тот факт, что каждый двигатель имеет разное количество цилиндров, 6-цилиндровые и 4-цилиндровые двигатели, по сути, работают одинаково. Принцип работы основан на основных характеристиках любого двигателя внутреннего сгорания.

В таком двигателе все цилиндры расположены в ряд. Коленчатый вал, который приводит в движение поршни под действием силы сгорания, одинаков для всех цилиндров. То же самое относится и к головке блока цилиндров — она одинакова для всех цилиндров.

Рядные двигатели в основном делятся на сбалансированные и несбалансированные. На самом деле, балансировка необходима из-за очень сложного коленчатого вала и зависит от количества используемых цилиндров. Чем их больше, тем больше требуется балансировка. Поэтому неуравновешенные рядные двигатели можно проектировать только с небольшим количеством цилиндров, иначе во время работы будут возникать очень сильные вибрации, которые просто разрушат коленчатый вал. Проще говоря, даже дешевые 6-цилиндровые двигатели гораздо лучше сбалансированы, чем более дорогие 4-цилиндровые. Поэтому 4-цилиндровые двигатели иногда нуждаются в специальных балансировочных валах, часто называемых «триммерами», для улучшения баланса.

Различия между категориями также обусловлены размером и типом установки. «Четырехцилиндровый двигатель можно легко установить в любом положении под капотом, в то время как большой шестицилиндровый двигатель не поместится, даже если над ним будут работать десятки хороших инженеров — стоимость такой установки не имеет значения, поскольку для поперечно установленного двигателя просто не хватит места.

V-образный двигатель

V-образное расположение. Такое расположение значительно уменьшает длину двигателя, но увеличивает его ширину. Наиболее распространенными являются V6 и V8. На самом деле, идея компактного двигателя была запатентована еще до появления многоцилиндровых монстров. Такой двигатель был разработан в 1889 году. Он имел два цилиндра с 17-градусным кулачком и производил 1,6 л.с. при 900 об/мин. V-образная компоновка, по сути, состояла из двух двигателей, установленных бок о бок и приводящих в движение общий коленчатый вал. Это фактически вдвое сократило длину двигателя.

В автомобилестроении первый V-образный двигатель был представлен в 1905 году. Это был авиационный двигатель, созданный французским изобретателем Леоном Левассером. Первоначально двигатели с такой системой устанавливались на грузовые автомобили и автобусы, а со временем они появились и под капотами легковых автомобилей. Но, несмотря на множество положительных характеристик этой системы, она не заменила рядную конфигурацию. Там, где есть преимущества, всегда есть и недостатки. Прежде всего, это более сложная конструкция (два механизма управления вместо одного) и, соответственно, сложность производства и дальнейшего ремонта. Кроме того, габаритные размеры уменьшаются в длину, но двигатели «растут» в ширину.

Рядные..

Двигатели, в которых цилиндры расположены один за другим в одной плоскости, обозначаются буквой «R».

Рядные двигатели — это самые простые и дешевые двигатели с минимальным количеством компонентов по сравнению с другими конструкциями. Неудивительно, что на заре автомобилестроения большинство автомобилей оснащались именно этими двигателями. А некоторые компании (например, Voisin) строили прототипы 12-цилиндровых монстров!

Но в наши дни создание большого моторного отсека — недостижимая роскошь, поскольку в этом случае остается мало места для пассажиров. Кроме того, большинство современных моделей являются переднеприводными. Двигатель обычно устанавливается поперечно, поэтому громоздкие рядные восьмицилиндровые и другие многоцилиндровые двигатели практически невозможно разместить под крышкой. Кроме того, нелегко сделать длинный коленчатый вал эффективным. Он не выдерживает огромных нагрузок современных высокоскоростных двигателей. Конечно, дорогие материалы и технологии могут решить эту проблему, но они неизбежно увеличивают производственные затраты.

Типовой дизайн

Конфигурация коленчатого вала

Большинство двигателей V-twin имеют один шатун, разделяющий два шатуна. Шатуны могут быть боковыми с расположенными в шахматном порядке цилиндрами или иметь вильчатые и лопастные шатуны, чтобы избежать скручивающих усилий, вызванных несоосностью цилиндров.

Примечательными исключениями являются шатун со смещением на 180°, использовавшийся в 1935 году, и двойной коленчатый вал Moto Guzzi 500cc, использовавшийся в 1983 году. Honda Shadow 750,8 и смещением коленчатого вала 75° (смещение 45° в США), использовался в 1987 году. Suzuki VX 800,9

V угол

Хотя теоретически для двигателя V-twin возможен любой угол V (угол между двумя банками цилиндров) от нуля до 180 градусов, на практике углы менее 40 градусов редко используются по практическим причинам. Наиболее распространенный угол V-образного двигателя V-twin составляет 90 градусов, что обеспечивает идеальную первичную балансировку (если используется правильный противовес), как в случае с большинством Ducatis, большинством Moto Guzzis, Honda RC51, Suzuki TL1000 и TL1000R.1011 Однако такое расположение приводит к неравномерному порядку запуска, когда второй цилиндр запускается на 270 градусов после первого, а затем с интервалом в 450 градусов, пока первый цилиндр снова не запустится. 90-градусные двигатели иногда называют L-твинами (например, L в TL1000R или TL1000S), а не V-твинами.

При вертикальном угле менее 90 градусов идеальный первичный баланс может быть достигнут только при использовании смещенных шатунов. Если это не так, то для снижения вибрации обычно требуются балансирные валы.10 К автомобилям с двигателями V-twin с углом менее 90 градусов относятся:

20 градусов: 1889 Автомобиль Daimler Steel-wheel1
42 градуса: 1916-1923 гг. Индийский Powerplus, 1920-1949 Индийский разведчик, 1922-1953 Индийский вождь
45 градусов: 1909-настоящее время Харли-Девидсон V-образный твин, 1990-1997 гг. Suzuki VX 800, 2001-настоящее время Сузуки Бульвар C50, 1985-2007 Honda VT1100
48 градусов: 2005-2012 гг. Ямаха МТ-01, 1999-настоящее время Yamaha XV1600A
50 градусов: 1919-1924 гг. BSA Модель E, 1924-1936 Brough Superior SS100, 1929-1940 Бесподобная модель X, 1936-1955 Винсент Рапид, все двигатели Victory Freedom
52 степени: 1997-настоящее время Honda Shadow, 1987-настоящее время Honda Transalp, 1998-2013 Honda Deauville, 2004-2010 Kawasaki Vulcan 2000 серии
54 степени: 2008-настоящее время Suzuki Boulevard C109R, 2006-настоящее время Suzuki Boulevard M109R
55 градусов: 1985-2006 гг. Кавасаки Вулкан 750, 2006-настоящее время Кавасаки Вулкан 900 Классик
60 градусов: 2001-2017 гг. Харлей-Дэвидсон VRSC, 1998-2003 Aprilia RSV Mille, 1988-настоящее время Yamaha XV250, 2001-настоящее время Yamaha DragStar 250, 2015-настоящее время Indian Scout_ (мотоцикл)
70 градусов: 1988-1998 гг. Suzuki RGV250, 1987-2004 Ямаха Вираго 535, 1997-настоящее время Yamaha DragStar 650
72 градуса: 1974-1989 гг. Moto Morini 350 и 500 V-twins
75 градусов: 2005-настоящее время Hyosung GT250, 2008-2015 КТМ 1190 RC8, 1981-2007 Ямаха Вираго, 1998-2008 Yamaha DragStar 1100
80 градусов: 1978-1983 гг. Honda CX серии, Ротакс 810/660/490 двигатели

Автомобили с двигателями V-twin с углом V более 90 градусов включают Moto Guzzi 500 cc 1934 года (120 градусов), который требует тендера.

Плюсы и минусы V-образных двигателей

Современные 6-цилиндровые высокооборотные двигатели в основном относятся к V-серии. Они имеют больший диаметр, ход поршня и рабочий объем.

Поршни врозь

Цилиндры этого двигателя расположены под углом в форме латинской буквы V. Шатуны поршней находятся на том же коленчатом валу, что и у рядных двигателей, но ближе, что позволяет уменьшить общую длину двигателя почти вдвое и вписать мощный двигатель в раму небольшого мотоцикла или спрятать четырехцилиндровый в крошечном моторном отсеке ЗАЗ-965. V-образная компоновка позволяла легко устанавливать восьмицилиндровые двигатели мощностью 400 л.с. и более в двухдверные Chevrolet Camaro или Ford Mustang. Компактные размеры помогли увеличить жесткость компонентов двигателя, а угловое расположение цилиндров позволило уменьшить высоту двигателя. Однако широкие V-образные двигатели требуют много места под капотом и более трудоемки в ремонте. Два блока головок, более сложное рулевое управление и выхлопная система.

V6 сейчас является самым распространенным двигателем в этом модельном ряду, в то время как двигатели V8 умирают под натиском экономичных двигателей.

Оппозитный двигатель

Противоположный двигатель — это V-образный двигатель с кривой 180 градусов. Главное преимущество — меньшая высота и, соответственно, более низкий центр тяжести автомобиля. Недостатком является неравномерный износ. Распространены четырех- и шестицилиндровые двигатели. Одним из типов V-образных двигателей, требующих особого внимания, является двигатель с противоположным ротором. Этот двигатель, по сути, является V-образным двигателем с углом наклона цилиндра 180 градусов. Эти двигатели получили широкое распространение, особенно в мотоциклах. Поперечное расположение двигателя (по направлению движения) улучшило охлаждение цилиндров за счет широкого потока воздуха. Но он также нашел свое место в автомобильной промышленности. С 1938 по 2003 год автомобили Volkswagen Beetle оснащались двигателями с противовращением, все по той же причине лучшего охлаждения (двигатель имел воздушную систему охлаждения).

В 1960-х годах производители начали усердно разрабатывать переднеприводные автомобили. Эти автомобили имели преимущества перед заднеприводными на гладких поверхностях и были проще и дешевле в производстве. Но все оказалось не так просто. Из-за тяжести двигателей переднеприводные автомобили в то время не могли обеспечить хорошую управляемость и сбалансированное прохождение поворотов. Конструкторы начали снижать центр тяжести двигателей, в основном за счет «бокового крепления». Пока некоторые автопроизводители экспериментировали с расположением двигателя, японские инженеры Subaru представили свой первый переднеприводный Subaru-1000 в 1966 году, который имел контрастный двигатель, установленный вдоль оси автомобиля. Горизонтальное расположение цилиндров двигателя значительно понизило центр тяжести автомобиля, что улучшило его устойчивость и управляемость.

Однако эти двигатели не использовались в серийном производстве. Причинами этого являются: неравномерный износ цилиндров (из-за точечного распределения нагрузки сечение цилиндра в итоге становится эллиптическим), высокий расход масла и плохая вентиляция картера. В настоящее время противоположные двигатели устанавливаются на автомобили Subaru и Porsche, где управляемость имеет первостепенное значение.

О силах и моментах

В целом, поршневой двигатель внутреннего сгорания не может работать без вибраций — так уж он устроен. Но бороться с ними необходимо, и не только для того, чтобы повысить комфорт пассажиров. Сильные, несбалансированные вибрации могут привести к повреждению компонентов двигателя — со всеми вытекающими последствиями…

Что вызывает вибрации? Во-первых, в некоторых конструкциях двигателей происходят неравномерные взрывы цилиндров. Производители по возможности избегают таких систем или стараются сделать маховик более массивным — это помогает сгладить импульсы крутящего момента. Во-вторых, поршни либо ускоряются, либо замедляются при движении вверх и вниз, создавая инерционные силы, аналогичные тем, которые заставляют пассажиров автомобиля упираться в колени при торможении или вдавливают их в спинки сидений при ускорении. В-третьих, шатун в двигателе не движется вверх и вниз, а совершает сложное движение. А движение поршня вперед-назад от верхней мертвой точки до нижней мертвой точки не может быть описано простой синусоидой.

Силы инерции от двух масс, вращающихся на одном валу поодаль друг от друга, создают свободный момент.
В простейшем моторе есть свободные силы инерции, но нет моментов. Цилиндр-то один.

Поэтому среди инерционных сил есть компоненты с двойной, тройной, четверной частотой вращения коленчатого вала….. Этими так называемыми силами инерции высшего порядка обычно пренебрегают — они очень малы по сравнению с основной силой инерции (которую относят к первому порядку). Инерционные силы второго порядка являются исключением и должны быть приняты во внимание. Кроме того, пары сил, действующих на определенном расстоянии, образуют моменты — это происходит, когда силы инерции в соседних цилиндрах направлены в разные стороны.

Что можно сделать для уравновешивания сил и моментов? Во-первых, вы можете выбрать такое расположение двигателя, при котором цилиндры и коленчатый вал расположены так, что силы и моменты отменяют друг друга — они всегда будут равны и направлены в противоположные стороны.

Живым представителем вымирающей породы восьмирядных автомобилей является модель Alfa Romeo 8C 1930-х годов.

А что если ни одна из сбалансированных систем не подходит — например, по причинам планировки? Затем можно попробовать по-разному расположить коленчатые валы и использовать всевозможные противовесы, которые создают силы и моменты, равные по величине, но противоположные основным уравновешивающим силам. Иногда этого можно добиться, прикрепив противовесы к коленчатому валу двигателя. Или иногда на дополнительных валах, называемых балансирными. Они называются так потому, что вращаются в другом направлении, чем коленчатый вал. Однако это делает двигатель более сложным и дорогим.

Читайте также: Сорокин и его друзья-единомышленники нашли новое хобби

Чтобы лучше описать степень сбалансированности различных двигателей, мы создали обзорную таблицу. Силы и моменты, которые являются самобалансирующимися, отмечены зеленым цветом и являются свободными; силы и моменты, которые не являются сбалансированными и высвобождаются через опоры силовой установки, проходящие через кузов автомобиля, отмечены красным цветом.

И что мы получаем? Только два из широко распространенных типов двигателей являются полностью сбалансированными — это рядные и боксовые двигатели с шестью цилиндрами. Теперь вы понимаете, почему BMW и Porsche так последовательно придерживаются таких двигателей? Ну, и мы уже приводили причины, по которым другие отвергают их. Теперь давайте более подробно рассмотрим другие системы.

Оппозитный двигатель

Однако эти двигатели не использовались в серийном производстве. Причинами этого являются: неравномерный износ цилиндров (из-за точечного распределения нагрузки сечение цилиндра в итоге становится эллиптическим), высокий расход масла и плохая вентиляция картера. Сейчас эти двигатели устанавливаются на Subaru и Porsche, для которых управляемость имеет первостепенное значение.

Какой двигатель лучше?

В настоящее время все двигатели конструктивно можно разделить на рядные (R), V-образные и боксовые (BOXER). Основным преимуществом рядных двигателей является их лучшая удельная мощность. Рядные двигатели, в свою очередь, классифицируются по количеству цилиндров. Если вас интересует услуга доставки дизельного топлива, свяжитесь с .

Рядные двигатели

Трехцилиндровый двигатель (R3) компактен и производит больше мощности, поскольку имеет наименьшие потери на внутреннее трение. В то же время, однако, R3 менее сбалансирован, имеет более высокую вибрационную нагрузку и более шумный.

В этом отношении лучше выглядит четырехкотловой двигатель (R4), который к тому же не только компактен, но и прост и экономичен по конструкции.

Недостатком R4 является небольшой рабочий объем, который не позволяет ему превышать 1000 — 2500 кубических сантиметров. Но шестицилиндровый R6 имеет самый идеальный баланс среди рядных двигателей.

Его основными недостатками являются большая головка блока цилиндров и коленчатый вал, а также технически более сложная конструкция.

Читайте также Can-Am Maverick Sport X RC 2021 Canyrian Maverick M2020 2021 Cyclocross M3.

V-образные двигатели

Эти недостатки не относятся к V-образным двигателям, которые сочетают большой объем с малыми размерами.

Основная проблема их конструкции заключается в необходимости использования балансирных валов для балансировки кривошипно-шатунного механизма.

Вариантом V-образной конструкции является компактный двигатель (VR) с расстоянием между рядами 15°. Но это не предел. Сверхкомпактный двигатель (W) может разместить под капотом до 16 цилиндров.

Оппозитные двигатели

Бескапотный двигатель (BOXER) отличается самым низким центром тяжести, что повышает устойчивость автомобиля.

Минимальные вибрации можно считать преимуществом благодаря лучшей балансировке по сравнению с рядными или V-образными двигателями.

Однако они не получили широкого распространения из-за проблем с обслуживанием.

Пример: для замены свечей зажигания, в отличие от некоторых автомобилей Subaru, приходится снимать двигатель, что не удешевляет обслуживание.

Роторный двигатель

Для полноты картины следует также упомянуть роторно-поршневой двигатель, который также называют роторно-поршневым или роторно-лопастным.

Впервые он был применен на автомобиле ВАЗ-2104 и имеет ряд преимуществ перед обычными рядными двигателями.

Хорошее ускорение за счет высокой мощности и крутящего момента, небольшие размеры и простая конструкция системы смазки, а также упрощенное управление лопастями давали надежду на будущее двигателя.

Но недостатков оказалось больше, чем хотелось бы конструкторам.

Во-первых, он работает только на бензине, поэтому об экономичности говорить не стоит.

Во-вторых, он имел более короткий срок службы из-за ненадежных уплотнений.

VR — рядно-смещённый двигатель

Система типа VR. Двигатели с небольшим углом развала (около 15 градусов). Такой угол позволил разместить оба ряда цилиндров в одном блоке цилиндров, что уменьшило не только длину, но и ширину двигателя. Самым большим недостатком являются дополнительные валы и необычная конструкция системы синхронизации, что делает ее очень дорогой в производстве. Другим типом двигателя является двигатель с вариаторным смещением, который характеризуется индексом VR. Двигатель VR представляет собой комбинацию V-образных двигателей и рядных двигателей. Поршни двигаются под углом 15 градусов, что позволяет разместить их в одном блоке цилиндров. При разработке двигателя конструкторы стремились использовать преимущества V-образных и рядных двигателей: малые размеры (как по длине, так и по ширине) и простоту конструкции. Но разработка идеального двигателя была непростой задачей. Эти двигатели имеют высокую тепловую нагрузку. Тонкие стенки между банками цилиндров не позволяют создать достаточное количество каналов для охлаждающей воды, что делает эти двигатели менее устойчивыми к перегрузкам.

W-образная компоновка: Возможны две компоновки — три банка цилиндров с одной большой кривой (e) и комбинация двух форм VR (f). В настоящее время доступны модели W8 и W12. Стремление к увеличению мощности привело к разработке W-образных двигателей, т.е. двух двигателей VR, смещенных на 72 градуса, или трех двигателей, соединенных последовательно. Основным недостатком этих двигателей является то, что коленчатый вал имеет в два раза больше шатунов, чем V-образный двигатель, и в четыре раза больше, чем рядный двигатель. Шатуны тонкие, и поскольку эти детали являются одними из наиболее нагруженных частей двигателя, они начинают гнуться на высоких скоростях. Однако эти двигатели не предназначены для общего использования. Они встречаются только в спортивных автомобилях.